物聯(lián)網中常見的無線連接技術對比分析

隨著無線通信技術的種類越來越多，大家選擇也越來越多。但在眾多無線通信技術中，沒有所謂的“萬能”無線連接解決方案；因為在不同的環(huán)境，不同的功能需求，單一的無線通信技術是無法滿足的。

本文將詳細地介紹各種無線連接技術，并根據商業(yè)和工業(yè)物聯(lián)網應用中最重要的特性對它們進行比較。以便大家清楚知道在什么環(huán)境下使用哪種無線通信技術更好。

1、藍牙技術

定義

藍牙技術是一項在2.4GHzISM頻段上運行的低功耗無線解決方案。多年來，藍牙技術不斷擴展，如今在距離、帶寬和通信拓撲結構方面具有極大的靈活性，能夠滿足不同物聯(lián)網應用的需求。

技術細節(jié)

目前有兩種不同的藍牙無線電選擇：經典藍牙（BluetoothClassic）和低功耗藍牙（BluetoothLE）。經典藍牙（或BR/EDR），即初代藍牙無線電，目前仍被廣泛用于串流應用，尤其是音頻串流。而低功耗藍牙主要用于設備間頻繁傳輸數據的低帶寬應用。低功耗藍牙以極低的功耗以及在智能手機、平板電腦和個人電腦中的普及性著稱。

低功耗藍牙分為點對點（point-to-point）、星型拓撲結構（StarTopology）、mesh網絡（meshTopology）和廣播式拓撲結構（broadcasttopologies）。在mesh拓撲結構中，節(jié)點之間直接連接，無需通過中樞與其他節(jié)點通信。節(jié)點能夠將數據和信息發(fā)送至原始源節(jié)點通信范圍之外的其他節(jié)點，擴大了大型區(qū)域內網絡的覆蓋范圍。

主要用例

低功耗藍牙最常用于醫(yī)療和健身設備、智能照明系統(tǒng)、實時定位系統(tǒng)和室內導航應用。

2、Wi-Fi

定義

Wi-Fi是所有IEEE802.11標準無線局域網（WLAN）的商標名稱。Wi-Fi的工作頻段通常為2.4GHz和5GHzISM，但較新版本的Wi-Fi也會使用其他頻段。

技術細節(jié)

Wi-Fi有許多版本。Wi-Fi聯(lián)盟最近采用了一種新型版本編號系統(tǒng)：Wi-Fi1（802.11b）、Wi-Fi2（802.11a）、Wi-Fi3（802.11g）、Wi-Fi4（802.11n、Wi-Fi5（802.11ac）和Wi-Fi6（802.11ax）。最新發(fā)布的版本可滿足各類應用的需求，包括更長的距離、更高的吞吐量和更大的覆蓋范圍。

Wi-Fi最流行的拓撲結構是星型拓撲結構。但在星型拓撲結構中，節(jié)點只能通過中樞相互通信。

主要用例

Wi-Fi主要用于大文件傳輸和帶寬較高的數據傳輸應用，比如視頻串流。

在物聯(lián)網應用中，Wi-Fi最常用于需要直接連接互聯(lián)網的設備。但它通常無法滿足低功耗需求，也很少用于需要長時間依靠微型電池運行的應用和設備。

3、基于IEEE802.15.4的技術（Thread、Zigbee）

定義

IEEE802.15.4技術指低速無線個人局域網（LR-WPAN）訪問層。

技術細節(jié)

Thread和Zigbee是兩種以該規(guī)格為基礎的技術。它們的特點是低功耗和低數據速率。IEEE802.15.4主要用于數據少、距離短、需要同時保持低功耗的應用場景。

雖然該技術也支持星型拓撲，但最常用的是網狀拓撲結構。

主要用例

這些技術最常用于智能家居中的無線控制和監(jiān)測應用場景。

4、Z-Wave

定義

Z-Wave最初是一項照明系統(tǒng)控制協(xié)議，后來演變成為由Z-Wave聯(lián)盟管理的家居自動化協(xié)議。

技術細節(jié)

這項專有技術在美國的頻段為908/915MHz，在歐洲的頻段為868MHz。頻段不同是為了避免干擾2.4GHzISM頻段并擴大覆蓋范圍。

這項技術主要使用網狀拓撲結構。

主要用例

這項技術的主要應用于智能家居場景中。

5、蜂窩低功耗廣域網技術（NB-IoT、LTE-M）

定義

LTE-M（LTECat-M1或Long-TermEvolutionforMachines）和NB-IoT（窄帶物聯(lián)網）都是3GPP（3rdGenerationPartnershipProject，第三代合作伙伴計劃）所開發(fā)的技術標準，并為蜂窩物聯(lián)網應用技術提供了解決方案。

這兩種技術將與其他5G技術共存，有望成為長期5G物聯(lián)網戰(zhàn)略的組成部分。5G是第五代蜂窩移動通信技術的總稱，代表2Gbps的高速網絡（將來甚至可以達到100Gbps）。5G技術將減少網絡延遲并擴大覆蓋范圍（就同時連接網絡的設備數量而言）。

技術細節(jié)

LTE-M和NB-IoT在特性上有所不同，因此適合的應用場景也有所不同。

NB-IoT最適合需要低功耗和低帶寬的簡單應用，而LTE-M由于具有更高的數據速率，因此最適合實時和關鍵任務應用程序。兩者之間的主要區(qū)別是速度和延遲（LTE-M速度較高，延遲較低）。

NB-IoT和LTE-M主要采用星型拓撲結構。

主要用例

NB-IoT的主要用例包括智能農業(yè)、智慧城市和智能儀表應用。LTE-M的主要用例包括物流、醫(yī)療設備的回程通信通道以及汽車應用。

6、非蜂窩低功耗廣域網技術（LoRaWAN、Sigfox）

定義

LoRaWAN是LoRa聯(lián)盟維護的開源無線網絡協(xié)議。LoRaWAN建立在LoRa基礎之上，loRa是Semtech公司所開發(fā)的專有調制格式。

技術細節(jié)

LoRa只定義網絡堆棧的較低層，而LoRaWAN定義網絡堆棧的較高層。LoRaWAN只是建立在LoRa基礎之上的多項協(xié)議之一。

LoRaWAN被歸類為低功耗廣域網（LPWAN）技術，可以低功耗實現設備之間的遠程通信。

Sigfox也是一項LPWAN技術，但它是法國公司Sigfox所提供的專有技術。該公司是這項技術的唯一網絡運營商。

主要用例

LoRaWAN常用于智慧城市應用市場，例如智能公用事業(yè)儀表、智能停車計時器以及供應鏈和物流應用（例如資產追蹤）。Sigfox也常用于智慧城市應用。相比美國，這項技術在歐盟地區(qū)更加常見。

對比表

下表對比了上文中提到的幾種無線技術。

在本系列后面的文章中，我們將介紹各種工業(yè)應用場景、列出每種應用場景最重要的特性，并評估最適合該應用場景的技術。
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